CZ286360B6 - Zařízení k samočinnému dávkování sypkých materiálů - Google Patents

Abstract

Zařízení k samočinnému dávkování sypkých materiálů, jako např. materiálů práškových a granulovaných, pracuje na principu řízeného samočinného vysypávání těchto materiálů ze zásobovacího tubusu (2) na plochu výsypu (3). Podstata řešení spočívá v tom, že zásobovací tubus (2) je v celé své délce zhotoven z tuhého, nepoddajného materiálu a v oblasti mezi jeho místem uchycení k rámové konstrukci (1) a jeho ústím nad plochou výsypu (3) je umístěn vymezovací člen (4), který má charakter pružného uložení zásobovacího tubusu (2) vůči rámové konstrukci (1). Toto pružné uložení má pouze jeden stupeň volnosti, definující jedinou rovinu kyvu (5) zásobovacího tubusu (2) vzhledem k ploše výsypu (3).ŕ

Description

Zařízení k samočinnému dávkování sypkých materiálů

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení k samočinnému dávkování sypkých materiálů (např. práškových a granulovaných) s řízeným samočinným vysypáváním ze zásobovacího tubusu na plochu výsypu. Z hlediska svého principu je vhodné např. jako zařízení pro krmení zvířat.

Dosavadní stav techniky

Zařízení k samočinnému dávkování sypkých materiálů je, jak již bylo naznačeno, svým principem vhodné jako zařízení ke krmení zvířat. V tomto směru existuje v současné době několik známých řešení.

Je známo např. krmiči zařízení podle patentu USA 2 664 425 pro dodávání krmné směsi vepřům. U tohoto zařízení je podávači zásobník uložen rotačně nad kruhovou pánví, čímž je definován prstencový krmný žlab. Radiální výstupky, vytvořené na spodním konci zásobníku, zasahují do tohoto krmného žlabu. Krmená zvířata ve snaze získat potravu posouvají tyto výstupky dopředu a zpět, v důsledku čehož se zásobník otáčí. To jednak umožňuje zrychlení proudu krmivá ze zásobníku do žlabu a jednak brání ucpání zásobníku s následným přerušením dodávky krmivá. Nevýhodou výše popsaného krmícího zařízení je ale jeho poměrně komplikovaná konstrukce a s ní spojená možnost poruch v průběhu provozu.

Jednodušší krmiči zařízení podle patentu SRN 2 652 788 je tvořeno zásobníkem nálevkovitého tvaru a na něj navazující zásobovací trubkou, jejíž spodní konec ústí nad podávacím povrchem žlabu. Zásobovací trubka je tuhá a je svým horním koncem spojena se spodní částí zásobníku, který je vyroben z lehce deformovatelného materiálu. Tak může být spodní konec zásobovací trubky snadno vychýlen z vertikální polohy, v důsledku čehož pak dochází k vysypávání krmivá na podávači povrch žlabu působením gravitace. Maximální výchylka spodního konce zásobovací trubky je limitována vůlí v prstencovém členu, který trubku obklopuje. Zvířata se v průběhu krmení dotýkají spodního konce zásobovací trubky a pohybují jím. Velikostí výchylky tohoto spodního konce zásobovací trubky je pak řízena velikost dávky krmivá vysypaného na podávači povrch žlabu. Protože spodní část zásobníku je u tohoto zařízení vyrobena z lehce deformovatelného materiálu, může, zejména u větších a silnějších zvířat snadno dojít k nežádoucímu posunutí zásobovací trubky směrem nahoru s následným vysypáním nadměrného množství krmivá. Z tohoto důvodu je výše uvedené zařízení vhodné pouze pro krmení menších zvířat, např. selat.

Pro krmení větších (resp. dospělejších zvířat) je vhodnější zařízení podle přihlášky PCT WO 93/13652, které (obdobně jako zařízení předchozí konstrukce), obsahuje zásobník, k jehož tuhé výstupní části je připojen horní konec zásobovací trubky. Tato zásobovací trubka je orientována vertikálně, při čemž její dolní konec ústí nad podávacím povrchem krmícího zařízení. Rozdíl spočívá v tom, že spodní část zásobovací trubky je v tomto případě zhotovena z elasticky ohebného materiálu. Výchylka spodního konce zásobovací trubky, potřebná k vysypávání krmivá z trubky na podávači povrch je v tomto případě tedy umožněna a zároveň i limitována především elasticitou materiálu spodní části zásobovací trubky.

Společnou nevýhodou výše popsaných známých konstrukčních provedení krmících zařízení je jejich ne vždy dostatečně determinovaná funkce. Jedná se především o skutečnost, že spodní konec zásobovací trubky je u nich možno vychýlit prakticky v jakémkoliv směru. V důsledku toho není vysypávání krmivá dostatečně usměrňováno a může docházet kjeho ztrátám vysypáním mimo dosah krmených zvířat. Z tohoto hlediska je nejlépe řešeno poslední z uvedených krmících zařízení. Jeho nedostatek ale zase spočívá v tom, že pohyb zásobovací

-1 CZ 286360 B6 trubky je zde omezen pouze na její spodní elastickou část. To má za následek ulpívání krmivá na stěnách trubky v její horní, nepohyblivé části a související obtíže při kontinuálním a dlouhodobém provozu zařízení.

Podstata vynálezu

K odstranění výše uvedených nedostatků přispívá zařízení k samočinnému dávkování sypkých materiálů podle vynálezu. Toto zařízení, je obdobně jako zařízení známá, tvořeno rámovou konstrukcí, plochou výsypu a zásobovacím tubusem, který je v oblasti svého horního konce uchycen na rámové konstrukci, kde tuhost uchycení umožňuje výchylku jeho dolního konce. Svým dolním koncem ústí zásobovací tubus nad plochou výsypu.

Podstata vynálezu spočívá vtom, že zásobovací tubus je v celé své délce zhotoven z tuhého, nepoddajného materiálu a v oblasti mezi jeho místem uchycení k rámové konstrukci a jeho ústím nad plochou výsypu je umístěn vymezovací člen, který má charakter pružného uložení zásobovacího tubusu vůči rámové konstrukci. Toto pružné uložení má pouze jeden stupeň volnosti, definující jedinou rovinu kyvu zásobovacího tubusu vzhledem k ploše výsypu.

Z hlediska konstrukčního provedení může být vymezovací člen s výhodou tvořen objímkou, v níž je suvně uložen zásobovací tubus. Objímka je opatřena vodícími elementy, suvně uloženými ve vodicích otvorech rámové konstrukce. V oblastech mezi vnějším povrchem objímky a jemu protilehlými povrchy rámové konstrukce jsou na vodicích elementech nasazeny pružné elementy.

Jinou možnou alternativou je vytvoření vymezovacího členu jako tělesa, uchyceného na rámové konstrukci. Toto těleso je opatřeno vodicím otvorem, který má tvar obdélníka, jehož delší strany jsou orientovány rovnoběžně s rovinou kyvu a jehož kratší strany mají délku odpovídající součtu velikosti příslušného pravoúhlého průmětu zásobovacího tubusu a tolerance pro volné uložení. Mezi povrchem zásobovacího tubusu a povrchem vodícího otvoru jsou v rovině kyvu nebo v alespoň jedné rovině s ní rovnoběžné uloženy pružné elementy.

Plocha výsypu má s výhodou vypouklý tvar, definovaný v průniku s rovinou kyvu křivkou alespoň druhého řádu, jejíž vrchol leží pod osou zásobovacího tubusu v jeho neutrální poloze a jejíž klesající ramena směřují k okrajům plochy výsypu.

Zásobovací tubus může mít s výhodou tvar trubky nebo dutého hranolu.

Hlavním přínosem zařízení podle vynálezu je především jeho velmi přesně determinované chování při dávkování sypkého materiálu ze zásobovací trubky na plochu výsypu. Toto přesně determinované chování je dáno dvěma charakteristickými rysy konstrukce zařízení, zcela odlišnými od výše popsaných známých zařízení:

a) zásobovací tubus i další části zařízení jsou tuhé (nepoddajné), v průběhu činnosti zařízení nedochází k jejich výraznější deformaci;

b) výše definované pružné uložení zásobovacího tubusu vůči rámové konstrukci má pouze jeden stupeň volnosti, čemuž odpovídá pouze jediná rovina kyvu zásobovacího tubusu vzhledem k ploše výsypu.

Pružné uložení zásobovacího tubusu s jedním stupněm volnosti má různou funkci v závislosti na velikosti síly působící na konec tubusu a na časové délce tohoto působení. Časově krátké působení síly způsobí kmitání (vratný kývavý pohyb) zásobovacího tubusu v rovině kyvu. Dlouhodobější působení síly o velikosti překonávající odpor daný tuhostí pružných elementů pak způsobí výchylku tubusu vzhledem k vrcholu plochy výsypu po celou dobu působení této síly.

-2CZ 286360 B6

Zvýše uvedených skutečností vyplývá, že prakticky nemůže dojít knežádoucímu dávkování sypkého materiálu mimo předem vymezenou oblast plochy výsypu - to např. v případě aplikace zařízení podle vynálezu jako zařízení pro krmení zvířat zaručuje, že budou minimalizovány ztráty krmivá jeho vysypáváním mimo dosah krmených zvířat.

Kmitání (vibrace) zásobovacího tubusu v pružném uložení bez jeho současné tvarové deformace zabezpečují jeho velmi účinné vyprazdňování (bez nebezpečí ulpívání dávkovaného materiálu na stěnách tubusu).

Přehled obrázků na výkresech

K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží přiložené výkresy, kde představuje:

obr. 1 - celkové schéma zařízení;

obr. 2 - detail pružného uložení zásobovacího tubusu - varianta 1; obr. 3 - detail pružného uložení zásobovacího tubusu - varianta 2.

Konkrétní varianty konstrukčního řešení zařízení k dávkování sypkých materiálů podle vynálezu jsou uvedeny v následujících příkladech:

Příklady provedení vynálezu r

Příklad 1

Celkové uspořádání zařízení k samočinnému dávkování sypkých materiálů v příkladném provedení je patrno ze schématu na obr. 1.

Zařízení je tvořeno rámovou konstrukcí 1, na níž je v oblasti svého horního konce uchycen ve vertikálně přestavitelné objímce 12 tubusu zásobovací tubus 2. Tuhost uchycení umožňuje výchylku dolního konce zásobovacího tubusu 2.

Zásobovací tubus 2 je v celé své délce tvořen tuhou, nepoddajnou trubkou z průhledného neměkčeného polyvinylchloridu. Do horního konce zásobovacího tubusu 2 ústí násypka (tato část zařízení je shodná s násypkami výše popsaných známých dávkovačích zařízení; proto nemůže být předmětem vynálezu a není také na obr. 1 znázorněna). Dolní konec zásobovacího tubusu 2, opatřený límcem 13 z nerezového materiálu, ústí nad plochou výsypu 3.

V oblasti mezi místem uchycení zásobovacího tubusu 2 k rámové konstrukci 1 a jeho ústím nad plochou výsypu 3 - cca v 1/3 délky zásobovacího tubusu 2 (měřeno od ústí nad plochou výsypu 3) je umístěn vymezovací člen 4, který má charakter pružného uložení zásobovacího tubusu 2 vůči rámové konstrukci 1 s jedním stupněm volnosti, definujícím rovinu kyvu 5 zásobovacího tubusu 2 vzhledem k ploše výstupu 3.

V příkladném provedení dle obr. 1 a detailu na obr. 2 je vymezovací člen 4 tvořen objímkou 6, v níž je suvně uložen zásobovací tubus 2. Objímka 6 je opatřena vodícími elementy 7 (v konkrétním provedení čepy válcového tvaru), jež jsou suvně uloženy ve vodicích otvorech 8 rámové konstrukce L V oblastech mezi vnějším povrchem objímky 6 a protilehlými povrchy rámové konstrukce 1 jsou na vodicích elementech 7 nasazeny pružné elementy 9 - v příkladném provedení konkrétně tlačné pružiny.

-3CZ 286360 B6

Plocha výsypu 3 (viz obr. 1) má vypouklý tvar definovaný v průniku s rovinou kyvu 5 křivkou druhého řádu - částí kružnice, resp. kruhového oblouku, jehož vrchol leží pod osou zásobovacího tubusu 2 v jeho neutrální poloze a jehož klesající ramena směřují k okrajům plochy výsypu 3.

Příklad 2

Celkové uspořádání zařízení k samočinnému dávkování sypkých materiálů je obdobné příkladu 1 - viz schéma na obr. 1.

Rozdíl spočívá v odlišném konstrukčním řešení vymezovacího členu 4. V tomto případě je vymezovací člen 4 (viz obr. 3) tvořen tělesem JO, uchyceným na rámové konstrukci 1 a opatřeným vodicím otvorem 11. Tento vodicí otvor 11 má tvar obdélníka, jehož delší strany jsou orientovány rovnoběžně s rovinou kyvu 5 a jehož kratší strany mají délku odpovídající součtu průměru zásobovacího tubusu 2 a tolerance pro volné uložení. Mezi povrchem zásobovacího tubusu 2 a povrchem vodícího otvoru 11 jsou v rovině kyvu 5 uloženy pružné elementy 9 v konkrétním provedení tlačné pružiny.

Příklad 3

Dynamické chování zařízení k samočinnému dávkování sypkých materiálů (dle příkladu 1 i 2) je možno charakterizovat modelem představujícím dva mezní stavy z hlediska fyzikální interpretace uchycení zásobovacího tubusu 2 na rámové konstrukci 1:

a) vetknutí horního konce + pružné uložení prostřednictvím vymezovacího členu

b) kloubové uložení horního konce + pružné uložení prostřednictvím vymezovacího členu.

Pro analýzu kmitání zásobovacího tubusu 2 v obou těchto mezních stavech byl metodou konečných prvků vytvořen nosníkový model konstrukce zařízení. Příprava modelu byla provedena v preprocesoru MSC/PATRAN, při čemž bylo za účelem dynamické analýzy použito nosníkových elementů CBAR s průřezovými charakteristikami trubky o průměru 89 mm a tloušťce stěny 3,5 mm. Model měl celkem 10 elementů. Materiál zásobovacího tubusu byl modelován jako isotropní homogenní - definováním modulu hustoty a Poissonova čísla.

Hmotnost dávkovaného sypkého materiálu obsaženého v zásobovacím tubusu 2 byla modelována jako nestrukturální hmota nasazená na nosníkové elementy. Pružné uložení prostřednictvím vymezovacího členu 4 bylo modelováno lineárním pružným elementem s konstantní tuhostí (CELAS1).

Shrnutí výsledků:

a) pro variantu vetknutí horního konce + pružné uložení prostřednictvím vymezovacího členu jsou při uvažování hustoty krmivá 1000 kg/m³ a tuhosti pružného uložení K_x = 0 výsledky uvedeny v tabulce:

Materiál zásob, tubusu => U Výsledky	ocel	neměkč. PVC (novodur)
Frekvence (Hz)	66,7	48
Amplituda (mm)	20,47	38,6

-4CZ 286360 B6

b) pro variantu kloubové uložení horního konce + pružné uložení prostřednictvím vymezovacího členu jsou výsledky analýzy kmitání zásobovacího tubusu znázorněny graficky v grafech 1 - 4.

Zde představuje:

graf 1 - závislost frekvence kmitání ocelového zásobovacího tubusu na tuhosti pružného uložení graf 2 - závislost frekvence kmitání zásobovacího tubusu z neměkčeného polyvinylchloridu (novoduru) na tuhosti pružného uložení graf 3 - závislost amplitudy kmitání ocelového zásobovacího tubusu na tuhosti pružného uložení graf 4 - závislost amplitudy kmitání zásobovacího tubusu z neměkčeného polyvinylchloridu (novoduru) na tuhosti pružného uložení.

Ve všech případech jsou v grafech uvedeny závislosti pro různou hodnotu parametru rho, který je poměrem hustoty dávkovaného sypkého materiálu k hustotě vody.

Z výše uvedené analýzy chování modelu vyplývají následující obecně platné závěry:

a) při uchycení zásobovacího tubusu 2 na rámové konstrukci 1 charakterizovaném z fyzikálního hlediska jako vetknutí je z hlediska frekvence kmitání zásobovacího tubusu 2 rozhodujícím parametrem tuhost jeho materiálu. Při použití materiálu o vyšší tuhosti (prezentováno na oceli) bude v porovnání s provedením podle příkladů 1 a 2 (materiálem tubusu je zde neměkčený polyvinylchlorid) zásobovací tubus 2 kmitat s vyšší frekvencí a s menší amplitudou. Naproti tomu vliv hustoty dávkovaného materiálu je v tomto případě minimální;

b) při uchycení zásobovacího tubusu 2 na rámové konstrukci 1 charakterizovaném z fyzikálního hlediska jako kloub kmitá zásobovací tubus 2 jako kyvadlo. Proto zde frekvence kmitání nezávisí na tuhosti materiálu zásobovacího tubusu 2, ale na jeho hmotnosti.

Vyšší frekvenci kmitu zde bude mít tubus z neměkčeného polyvinylchloridu, výrazněji se projevuje také vliv hustoty dávkovaného matriálu.

Závěrem je třeba zdůraznit, že výše uvedený model popisuje mezní stavy z hlediska uchycení zásobovacího tubusu - vetknutí, resp. kloub. Dynamické chování reálné konstrukce zařízení dle obr. 1, resp. příkladů 1 nebo 2 nebude přesně odpovídat ani jednomu zobou těchto mezních stavů, ale bude se nacházet v oblasti jimi vymezené.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení k samočinnému dávkování sypkých materiálů tvořené rámovou konstrukcí, plochou výsypu a zásobovacím tubusem, který je v oblasti svého horního konce uchycen na rámové konstrukci, kde tuhost uchycení umožňuje výchylku jeho dolního konce a svým dolním koncem ústí nad plochou výsypu, vyznačující se tím, že zásobovací tubus (2) je v celé své délce zhotoven z tuhého, nepoddajného materiálu a v oblasti mezi jeho místem uchycení k rámové konstrukci (1) a jeho ústím nad plochou výsypu (3) je umístěn vymezovací člen (4), který má charakter pružného uložení zásobovacího tubusu (2) vůči rámové konstrukci (1)

   -5CZ 286360 B6 s jedním stupněm volnosti, definujícím jedinou rovinu kyvu (5) zásobovacího tubusu (2) vzhledem k ploše výsypu (3).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vymezovací člen (4) je tvořen objímkou (6), v níž je suvně uložen zásobovací tubus (2) a která je opatřena vodícími elementy (7), suvně uloženými ve vodicích otvorech (8) rámové konstrukce (1), při čemž v oblastech mezi vnějším povrchem objímky (6) a jemu protilehlými povrchy rámové konstrukce (1) jsou na vodicích elementech (7) nasazeny pružné elementy (9).
3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vymezovací člen (4) je tvořen tělesem (10), uchyceným na rámové konstrukci (1) a opatřeným vodicím otvorem (11), který má tvar obdélníka, jehož delší strany jsou orientovány rovnoběžně s rovinou kyvu (5) a jehož kratší strany mají délku odpovídající součtu velikosti příslušného pravoúhlého průmětu zásobovacího tubusu (1) a tolerance pro volné uložení, při čemž mezi povrchem zásobovacího tubusu (1) a povrchem vodícího otvoru (11) jsou v rovině kyvu (5) nebo v alespoň jedné rovině s ní rovnoběžné uloženy pružné elementy (9).
4. 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že plocha výsypu (3) má vypouklý tvar definovaný v průniku s rovinou kyvu (5) křivkou alespoň druhého řádu, jejíž vrchol leží pod osou zásobovacího tubusu (2) v jeho neutrální poloze a jejíž klesající ramena směřují k okrajům plochy výsypu (3).
5. 5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zásobovací tubus (1) má tvar trubky.
6. 6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zásobovací tubus (1) má tvar dutého hranolu.